CN108362156A - 一种扰流杆与三角形涡发生器组合的h型翅片管 - Google Patents

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邢张梦
刘明
马其然
严俊杰
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    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明公开了一种扰流杆与三角形涡发生器组合的H型翅片管，包括基管及套装在基管上的若干组平行设置的H型翅片组，所述H型翅片组由两片翅片组成；每组H型翅片组位于基管两旁的两片翅片迎风侧对称布置数对扰流杆，背风侧对称布置一对三角形涡发生器，基管两旁迎风侧翅片由扰流杆轴向贯穿；三角形涡发生器来流方向夹角为30°‑40°；当烟气流过翅片时，扰流杆和三角形涡发生器诱导产生二次流，对流体产生扰动从而达到强化换热的目的。由于扰流杆扰动气流、阻止边界层发展降低压降损失减少烟气中的颗粒在换热表面沉积，利于换热器长时间高效运行。

Description

一种扰流杆与三角形涡发生器组合的H型翅片管
技术领域
本发明涉及一种H型翅片管，具体涉及一种扰流杆与三角形涡发生器组合的H型翅片管，适用于石油、化工、冶金、电力、能源等行业各种类型的换热和加热设备。
背景技术
随着我国经济的持续快速发展，能源供应紧张问题日益突出，节能、减排、降耗已成为我国经济和社会发展的必然要求。换热器作为动力、石油、化工、制冷、冶金乃至航空、火箭等工业过程的重要组成部分，它的安全高效运行意义重大。在各种换热设备中，通过翅片增加换热面积是常见的强化传热方式。
进入低温省煤器的烟气往往携带了一定量的飞灰，而烟气在H型翅片管束外流动时会在背风侧产生气流分离和回流，该区域称为涡流滞止区。而涡流滞止区每两对翅片间的局部空间几乎没有气体扰动，该局部空间的气体流动近似于平面流动，灰颗粒难以在不同翅片间流动，因此易形成积灰。
在换热器热阻大的一侧合理布置翅片增大换热面积，减小热阻，是换热器强化换热的方式之一，H型翅片管就是典型的例子。通过H型翅片管的优化强化换热、减小流阻、减轻积灰磨损对换热器的安全高效运行具有重要意义。
通过对H型翅片管的结构分析，我们发现含灰气流在经过H型翅片管时，，进一步加剧了积灰的形成。因此，通过采取必要的结构优化，减小涡流滞止区面积从而减少积灰，是一种行之有效的方法，本专利就是在这样的情况下提出的。
发明内容
本发明为了解决现有技术问题，本发明的目的在于提供一种扰流杆与三角形涡发生器组合的H型翅片管，其不仅改善速度和温度梯度的协同性，使整个翅片管的换热效率良好，优异的耐磨性能同时有效减少积灰避免烟气流动通道堵塞。并且有效控制经济成本。
为达到上述目的，本发明采用以下方案：
一种扰流杆与三角形涡发生器组合的H型翅片管，包括基管1及套装在基管1上的若干组平行设置的H型翅片组2，所述H型翅片组2由两片翅片组成；每组H型翅片组2位于基管1两旁的两片翅片迎风侧对称布置数对扰流杆3，背风侧对称布置一对三角形涡发生器4，基管1两旁迎风侧翅片由扰流杆3轴向贯穿。
所述三角形涡发生器4弦高比范围为1.5-2.5，与来流方向夹角为30°-40°。
所数扰流杆3不超过3对，对称布置在迎风侧两侧。
所述翅片与基管1通过焊接相连。每片翅片内侧有和基管1外壁吻合的凹槽。
所述基管1为圆形或椭圆形。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
翅片关于基管对称布置，包括基管、翅片、扰流杆和三角形涡发生器。H型翅片管的主要损耗是烟气流中的颗粒对其磨削和冲击作用。当翅片前后间隙比不同时使得流过的烟气有均流作用，提高磨损寿命。烟气流过时方向不改变，由扰流杆纵向贯穿的翅片可以改变气流运动状态，加剧扰动，减少滞热层厚度，在一定程度上达到强化传热的目的。布置三角形涡发生器可提高烟气吹扫其间的积灰程度。当把烟气设定到一定流速可以起到自行吹灰的目的。磨损与积灰问题的解决可以保证设备长时间稳定运行，减少维护成本。另外翅片由扰流杆轴向贯通利于对齐，定位准确，方便安装。可根据实际情况需要自由组合不同长度的H型翅片管。
本发明采用圆形基管，这可以使得烟气尾部气流滞止区对管子的冲击，有效的减少了积灰。尤其大大降低了颗粒与壁面发生作用的可能性。
本发明布置三角形涡发生器，两个涡发生器布置在在来流方向两侧可产生互相不干扰的二次流，增加了扰动并且有效的减小了压降损失。即为在强化换热的同时，三角形涡发生器本身引起的压降损失最大限度的降低。本发明的三角形涡发生器可以采取多种方式制作。根据翅片材料不同可以焊接也可采取其他工艺，灵活性较高。
本发明是一种结合了三角型涡发生器和扰流杆的H型翅片管，即使在湍流流动的情况下，也能有效阻止阻力增大，从而达到控制阻力的目的。
数值模拟结果证明，相比传统H型翅片管，本发明平均对流换热系数提高20％左右。
附图说明
图1是本发明中一对翅片组及其所连接基管部分的立体图。
图2是本发明中一对翅片组及其所连接基管部分的主视图。
图3是本发明中一对翅片组及其所连接基管部分的侧视图。
图4是本发明与传统H型翅片管换热性能对比图。
图5是本发明与传统H型翅片管流阻性能对比图。
图6是本发明与传统H型翅片管综合性能对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作更详细的说明。
如图1、图2和图3所示，一种扰流杆与三角形涡发生器组合的H型翅片管，包括基管1及套装在基管1上的若干组平行设置的H型翅片组2，所述H型翅片组2由两片翅片组成；每组H型翅片组2位于基管1两旁的两片翅片迎风侧对称布置数对扰流杆3，背风侧对称布置一对三角形涡发生器4，基管1两旁迎风侧翅片由扰流杆轴向贯穿。本发明通过基管与翅片配合，包括基管、翅片、扰流杆和三角形涡发生器而形成的直通道式的烟气通道的流畅性好，因此与普通H型翅片管相比，本发明明显强化换热，大量减少了翅片中的积灰，便于清扫，提高了翅片管的耐磨性和防积灰性。另外翅片由扰流杆轴向贯通便于对齐，定位准确，方便安装。
优选例：
基管1内径38mm，壁厚3mm，一对翅片组2外轮廓80mm×80mm，翅片形状近似矩形。翅片厚度2mm，节距8mm。三角形涡发生器4高3mm，弦长6mm。扰流杆3一对，直径4mm。
图4为本发明与传统H型翅片管换热特性对比图，以壁面平均努塞尔数为翅片对流换热能力的量化指标，与传统H型翅片管相比，本发明换热能力提高25％。
图5为本发明与传统H型翅片管流阻特性对比图，以欧拉数为翅片流阻特性的量化指标，与传统H型翅片管相比，本发明流阻特性增大4.2％。
图6为本发明与传统H型翅片管综合性能对比图，以hA·W-1为翅片管综合性能量化指标，其中hA为总换热量，W为泵因流动阻力所需多做的功。与传统H型翅片管相比，本发明综合性能提高20％。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种扰流杆与三角形涡发生器组合的H型翅片管，包括基管(1)及套装在基管(1)上的若干组平行设置的H型翅片组(2)，所述H型翅片组(2)由两片翅片组成；其特征在于：每组H型翅片组(2)位于基管(1)两旁的两片翅片迎风侧对称布置数对扰流杆(3)，背风侧对称布置一对三角形涡发生器(4)，基管(1)两旁迎风侧翅片由扰流杆(3)轴向贯穿。
2.根据权利要求书1所述的一种扰流杆与三角形涡发生器组合的H型翅片管，其特征在于：所述三角形涡发生器(4)弦高比范围为1.5-2.5，与来流方向夹角为30°-40°。
3.根据权利要求书1所述的一种扰流杆与三角形涡发生器组合的H型翅片管，其特征在于：所数扰流杆(3)不超过3对，对称布置在迎风侧两侧。
4.根据权利要求书1所述的一种扰流杆与三角形涡发生器组合的H型翅片管，其特征在于：所述翅片与基管(1)通过焊接相连。每片翅片内侧有和基管(1)外壁吻合的凹槽。
5.根据权利要求书1所述的一种扰流杆与三角形涡发生器组合的H型翅片管，其特征在于：所述基管(1)为圆形或椭圆形。
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